论文总字数：18778字

摘 要

目前，环境水体中大量存在的铅严重威胁了人体健康。过量的铅离子进入人体，会侵害神经系统，大脑等，甚至死亡。因此如何高效地去除废水中的铅已成为海内外研究的一个热点话题。

目前运用最普遍的废水处理方法是吸附法，具备易操作，成本低，除铅效率高等优点。层状MoS₂作为一种新型的结构类似石墨烯的二维材料，在对铅的吸附方面具有很大的潜力。但实际应用过程中存在团聚现象严重、吸附剂难与溶液分离等技术瓶颈。本论文采用水热法在聚多巴胺的介导下，将二硫化钼负载到大孔阳离子树脂D001上制备纳米复合材料MoS₂-D001，并用该吸附剂进行等温吸附实验、pH值影响实验、吸附动力学实验、竞争离子的影响实验和循环吸附实验来探究其对水中铅的吸附效果。实验结果表明：升高温度有利于吸附剂对铅的吸附且该吸附过程与Langmuir 吸附方程拟合度更高；该材料的吸附效果在pH为5时达到最佳；吸附剂在接触铅溶液4小时后达到平衡且吸附过程与准二级动力学方程相吻合；在竞争离子Ca² ，Mg² 存在时，吸附剂具有较高的选择性；循环吸附实验表明该吸附剂可用浓度为0.5mol/L的氯化钠和浓度为0.1mol/L的硝酸混合溶液有效脱附，且二次吸附率达到95％以上。以上实验数据表明MoS₂-D001具有较好的实际应用潜力。

关键词：MoS₂-D001 吸附 除铅

Study on lead removal performance of MoS2 resin matrix composite

Abstract

Today, a large amount of lead in environmental water seriously threatens human health.Excessive lead ions into the body, will damage the nervous system, brain, and even death.Therefore, how to efficiently remove lead from wastewater has become a hot topic of research at home and abroad.

Currently, the most common wastewater treatment method is adsorption method, which is easy to operate, low cost and high lead removal efficiency.Layered MoS₂, as a new two-dimensional material with a structure similar to graphene, has great potential in the adsorption of lead.However, there are some technical bottlenecks in the process of practical application, such as serious agglomeration, difficulty in separating adsorbent from solution and so on.This literary grace water hot method mediated by poly (dopamine, molybdenum disulfide load to D001 macroporous cation resin on the preparation of nanocomposite MoS₂ - D001, and the isothermal adsorption experiment, the adsorbent pH impact experiments, the influence of ion adsorption kinetics experiment, competition and cyclic adsorption experiments to explore the effect of the adsorption of lead in water.The experimental results show that the temperature increase is conducive to the adsorption of lead by the adsorbent and the adsorption process fits better with the Langmuir adsorption equation.The adsorption effect of the material reaches the best when the pH is 5.The adsorbent reached equilibrium after 4 hours of contact with the lead solution and the adsorption process was consistent with the quasi-second-order kinetic equation.In the presence of competitive ions Ca² and Mg² , adsorbents have high selectivity.The cyclic adsorption experiment showed that the adsorbent could be desorbed effectively with sodium chloride at a concentration of 0.5mol/L and nitric acid at a concentration of 0.1mol/L, and the secondary adsorption rate was more than 95%.The above experimental data show that MoS₂-D001 has good practical application potential.

Key words:MoS₂-D001 adsorption and lead removal

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2含铅（Pb(II)）废水的处理方法 1

1.2.1化学沉淀法 1

1.2.2吸附法 2

1.2.3离子交换法 2

1.2.4电解法 3

1.3二硫化钼吸附剂 3

1.4本课题的提出及研究内容 4

第二章 实验部分 5

2.1实验试剂及仪器 5

2.2实验方案 6

2.2.1MoS₂-D001材料制备 6

2.2.2铅溶液的配置 6

2.2.3吸附剂的表征 7

2.3吸附实验 7

2.3.1等温吸附实验 7

2.3.2pH对吸附的影响实验 7

2.3.3吸附动力学实验 8

2.3.4竞争离子吸附实验 8

2.3.5循环吸附实验 9

第三章 结果与讨论 10

3.1吸附剂的表征 10

3.2等温吸附实验结果分析 10

3.3pH对吸附的影响分析 13

3.4吸附动力学结果分析 14

3.5竞争离子吸附结果分析 15

3.6循环吸附结果分析 16

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 19

参考文献 20

第一章 绪论

1.1研究背景

随着工业化的快速增长，自然资源的不断开发利用，生态环境遭到了严重的破坏，导致环境污染程度不断加深，各种工业废水和固体废弃物的渗出液直接排入水体，致使水体重金属含量较高^[1]。与传统有机污染物相比，重金属离子经过不断积累和多重毒性所致的铅中毒，对生物的基本细胞，肾，脑和肝脏等器官会构成严重的功能损害^[2]。

铅（Pb(II)）被认为是工业中最重要和运用最广泛的金属离子之一，普遍使用在金属精加工，蓄电池，涂料和电镀行业中。但是，普遍的运用同时也表明大量铅无法避免地会被排放到环境中，目前含铅废水主要是由蓄电池、冶炼、五金、机械^[3]和电镀工艺等行业产生，给环境带来了严重的铅污染问题^[4]。由于不可生物降解以及逐层累积，Pb(II)将严重威胁人体健康。此外，过量的铅离子进入人体不仅可能会损害大脑，生殖系统等，情况十分严重的甚至会造成死亡。因而，铅污染的净化问题引起国内外的高度重视。所以，如何高效地去除废水中的铅离子对于环境的保护和恢复非常重要。

1.2含铅（Pb(II)）废水的处理方法

目前处理含铅离子废水的常见方法有：化学沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法等。

1.2.1化学沉淀法

化学沉淀法的基本原理是将废水中的铅离子通过沉淀剂转变为氢氧化铅沉淀物的形式，然后通过固液分离的手段去除净化废水。根据柳健等^[5]的研究，化学沉淀法除铅对于40mg/L的铅溶液，其最佳pH适用范围为10.0～11.5，对于实际废水，其最佳pH适用范围为7.5～11.5。铅废水常用的处理方法之一是化学沉淀法，具有设备简易、操作灵活的优点，但污泥量大且费用高，若不综合利用污泥，易造成二次污染^[6-8]，所以性价比很低。

1.2.2吸附法

吸附是指液相中的溶质在某些固体与某些液体接触后的固体表面或其内部聚集的现象。吸附法的关键是对于不同吸附剂的选择。吸附剂又分为：天然的吸附剂、生物质吸附剂、纳米材料吸附剂。其中，纳米材料是一般指尺寸控制在100nm以下的物质新兴材料，比表面积比一般的材料要大，因为其内部结构中存在着孔道，所以能够具备优异的吸附容量。包括二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、三氧化二铝等金属氧化物可作为平常吸附重金属的纳米材料。Vassileva等^［9］研究了重金属离子Pb² 、Co² 、Cd² 、Zn² 、Mn² 和Cu² 被纳米二氧化铈吸附剂吸附的表现。Vassileva等^［10］又以纳米二氧化锆为吸附剂，研究了18种元素的吸附性能。王科杰等^［11］采用D201树脂吸附处理鞣酸铅废水，对其中铅离子的处理效率达到98.2%。伊元荣等^［12］研究了粉煤灰对含铅废水的吸附作用，通过实验分析得出，吸附时间为90min，温度为50℃，pH值=6，投灰量为5g，铅离子浓度为30mg/L时吸附效果最好可达到98.5%～99.0%。吸附法具有成本低、吸附效率高、工艺简略、操作灵活、选择性好的优点，被认为是现今最经济有效的处理重金属的方法。

1.2.3离子交换法

离子交换法是例如铅离子和离子交换剂发生离子交换作用，最终分理出铅离子的措施。王菲^[13]等研究发现, 采用大孔弱酸阳离子交换树脂对铅离子的吸附量比较大, 而且树脂能很好的实现再生性能, 可用于含铅废水的处理和铅金属的回收。离子交换法具有可再生利用、选择性好、不产生二次污染等的优点，但也存在着树脂易受污染，反应周期长，运行费用高^[14]的缺点，因此废水处理规模很大的情况下较少使用离子交换法。

1.2.4电解法

电解法的基本原理是通过电解过程，使废水中铅离子在阳极上发生氧化反应和在阴极上发生还原反应而富集^[15]，电解法是集氧化还原、分解、沉淀为一体的综合废水处理方法。该方法占地面积不大, 工艺简单且十分成熟, 同时可回收纯金属。缺点是电流利用率低, 功耗大, 废水处理量小。

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